É fácil avaliar mal o centro da Terra. Não é uma caverna, nem uma fornalha de rocha derretida, nem uma versão em miniatura do manto espremido em uma bola. O núcleo interno é um corpo metálico, inferido a partir de ondas sísmicas e da física mineral: uma esfera sólida rica em ferro situada dentro de um oceano líquido rico em ferro.
O resultado é uma descoberta de diversas linhas de evidência, e não uma única medição feita por detalhamento. Nenhum instrumento visitou o núcleo e nenhuma amostra foi devolvida dele. A imagem vem de ondas sísmicas, modelos de densidade, testes de alta pressão e cálculos de como as ligas de ferro se comportam sob pressão além de qualquer pressão na superfície.
O ponto de referência padrão é O modelo de referência principal da Terra foi publicado em 1981 em Física da Terra e Interiores Planetáriosque deu aos geofísicos um modelo radial amplamente utilizado do interior da Terra. Nesse modelo, o núcleo interno começa cerca de 5.150 km abaixo da superfície e estende-se até ao centro do planeta, dando-lhe um raio de cerca de 1.220 km.
Isso o torna menor em raio que a Lua. O raio médio da Lua é de cerca de 1.737 quilômetros e sua massa é de cerca de 7,35 vezes 10 a 22 quilogramas. Folha informativa da Lua da NASA. O núcleo interno é mais curto, mas muito mais denso. Usando a densidade da escala PREM, sua massa é geralmente estimada em 9 vezes 10 a 22 quilogramas, razão pela qual a frase “provavelmente mais massiva que a Lua” faz sentido, mesmo que a comparação pareça estranha.
Uma esfera de metal sólido dentro de uma concha de metal líquido
O núcleo externo é líquido. O núcleo interno é sólido. Ambos são dominados por ferro, misturado com níquel e elementos leves, mas ficam em lados diferentes da fronteira pressão-temperatura. No limite interno do núcleo, a pressão é tão alta que os metais ricos em ferro podem permanecer sólidos a temperaturas de vários milhares de graus.
UM Artigo PNAS de 2014 de James Badrow, Alexander Cote e John Brodholt descreveu um modelo sismologicamente consistente da composição do núcleo da Terra, considerando o núcleo como ferro misturado com níquel e elementos mais leves, como oxigênio, silício, enxofre ou carbono. Os detalhes permanecem controversos, em parte porque pequenas mudanças na composição podem alterar a densidade, o comportamento do fundido e a velocidade sísmica.
Portanto, a afirmação mais simples é a mais segura: o núcleo interno é um metal rico em ferro, não uma rocha. Sua receita exata não está definida. Não é ferro puro de laboratório. Os modelos sísmicos mostram que o núcleo seria menos denso que o ferro puro nas mesmas condições, razão pela qual os elementos leves fazem parte da maioria dos modelos composicionais.
Sua rigidez foi estimada a partir da forma como as ondas sísmicas viajam pelo planeta. Algumas ondas viajam de maneira diferente através de sólidos e líquidos. Outros nem viajam através do líquido. Ao comparar os sinais de terremotos registrados em todo o mundo, os geofísicos criaram uma imagem em camadas de um manto sólido, um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido.
Por que a Terra congela enquanto esfria?
O núcleo interno não é uma relíquia que sempre teve a forma atual. Acredita-se que esteja aumentando. À medida que a Terra perde lentamente calor para o espaço através do manto e da superfície, o núcleo externo líquido esfria o suficiente em seu limite interno para que o metal rico em ferro cristalize. Esse metal sólido está preso à superfície do núcleo interno.
É um processo lento em termos humanos e com consequências em termos planetários. UM Artigo da Nature de 2012 por Monica Pozzo, Chris Davies, David Gubbins e Dario Alfe A Terra é construída como uma máquina térmica cujo campo magnético é impulsionado em parte pelo calor liberado quando o núcleo interno sólido cresce e em parte por convecção química à medida que elementos leves são expelidos do metal depositado para o líquido circundante.
O valor em milímetros por ano deve ser lido como uma estimativa de ordem de grandeza, e não como um tick anual medido. O crescimento do núcleo interno depende do fluxo de calor do núcleo, da curva de fusão da liga de ferro, da composição do fluido e da história térmica do manto sobrejacente. Diferentes suposições podem alterar a taxa estimada.
Ainda assim, a escala é útil. Um aumento de raio de cerca de um milímetro por ano parece pequeno, mas abrangendo uma esfera com mais de 2.400 quilómetros de diâmetro, representa uma abundância de cristais metálicos ao longo do tempo geológico. O processo é lento o suficiente para desaparecer durante a vida humana e grande o suficiente para ajudar a formar a vida magnética do planeta.
A coagulação faz mais do que adicionar metal
Quando o metal rico em ferro se solidifica no núcleo interno, ele não apenas aumenta a esfera sólida. Ele muda o fluido logo acima dele. Alguns dos elementos mais leves não se integram facilmente no sólido e são deixados no líquido do núcleo externo. Esse fluido se separa quimicamente do ambiente, o que pode ajudar a impulsionar a convecção.
A convecção no núcleo externo é importante porque está ligada ao geodínamo, o mecanismo que mantém o campo magnético da Terra. O campo não é produzido apenas pelo núcleo interno. É produzido movendo metal líquido eletricamente condutor no núcleo externo. Mas o crescimento do núcleo interno é uma fonte de energia e flutuabilidade que pode ajudar a manter esse fluido em movimento.
É por isso que a idade do núcleo interno é uma questão tão difícil e importante. Se o núcleo interno sólido se formou há relativamente pouco tempo em termos geológicos, então o geodínamo anterior deve ter sido conduzido de forma diferente. Se for antigo, os modelos de refrigeração e condução do núcleo terão que levar em conta isso. A resposta afecta a história da blindagem magnética da Terra, não apenas a forma da esfera metálica escondida.
UM Artigo de cartas sobre ciências terrestres e planetárias de 2001, Stephen Labrosse, Jean-Paul Poirier e Jean-Louis Le Mouel discutiu a idade do núcleo interno através de modelos de evolução térmica, enquanto um Artigo do Geophysical Journal International de 2016, de Alexey Smirnov e colegas Mostra por que as evidências paleomagnéticas e os principais problemas da idade da condutividade térmica permanecem sem solução. A frase “era desconhecida do núcleo interno” não é retórica. Este é um problema de restrição ativa.
Um objeto oculto medido por ondas
A peculiaridade do núcleo interno é parcialmente prática. Está mais perto de nós do que a Lua, mas é menos acessível diretamente do que a Lua. As missões Apollo trouxeram amostras lunares. Os furos mais profundos mal arranharam a crosta. Tudo abaixo do manto é implicitamente assumido.
Isso não torna o núcleo interno fictício ou hipotético no sentido amplo. A sismologia é uma poderosa ferramenta de sensoriamento remoto. Os terremotos enviam ondas pelo planeta em diferentes direções. Essas ondas aceleram, desaceleram, refletem, refratam e desaparecem dependendo de onde passam. Durante décadas, esse registo global fez do núcleo interno um dos objetos mais evasivos da ciência planetária.
Também continua complicado. O estudo relata anisotropia, diferenças hemisféricas, texturização potencial e mudanças na forma como as ondas sísmicas amostram o núcleo interno ao longo do tempo. UM 2018 Journal of Geophysical Research: Solid Earth PaperPor exemplo, a evidência de variação lateral é examinada perto do núcleo externo mais baixo, uma região fora do limite do núcleo interno. A fronteira não é uma linha suave de livro didático.
O planeta ainda está se tornando ele mesmo
A maneira mais útil de pensar sobre o núcleo interno não é uma bola estática colocada no centro da Terra quando o planeta se formou. Faz parte de um sistema em evolução. A Terra fica mais quente. É dividido em metais e silicatos. Seu metal afundou para dentro, seu manto rochoso produziu convecção e placas tectônicas e seu núcleo continua a perder calor.
À medida que o calor escapa, o núcleo interno sólido cresce às custas do núcleo externo líquido. Um milímetro por ano é apenas a velocidade de uma unha. Ao longo de um bilhão de anos, torna-se a arquitetura de um planeta.
Portanto, a estranha comparação é válida. No centro da Terra há uma esfera de metal sólido menor que a Lua, possivelmente mais pesada que ela, e ainda formando novas camadas do oceano circundante de metal líquido. Não é um mundo separado, mas comporta-se como um registo: a história profunda do arrefecimento da Terra, escrita em ferro, onde ninguém pode ir.
